Bugseret array -ekkolod - Towed array sonar
En trukket array -ekkolod er et system af hydrofoner, der bugseres bag en ubåd eller et overfladeskib på et kabel. Efter hydrofonerne bag skibet på et kabel, der kan være kilometer langt, holder arrayets sensorer væk fra skibets egne støjkilder, hvilket forbedrer signal-støj-forholdet betydeligt og dermed effektiviteten af at detektere og spore svage kontakter, f.eks. som stille, lavt støj-udsendende ubådstrusler eller seismiske signaler.
Et bugseret array tilbyder overlegen opløsning og rækkevidde sammenlignet med skrogmonteret ekkolod. Det dækker også baflerne , blindpunktet på skrogmonteret ekkolod. En effektiv brug af systemet begrænser imidlertid et fartøjs hastighed, og der skal udvises omhu for at beskytte kablet mod skader.
Historie
Under første verdenskrig blev et slæbt sonararray kendt som "Electric Eel" udviklet af Harvey Hayes, en amerikansk marinefysiker. Dette system menes at være det første bugserede sonar -array -design. Det anvendte to kabler, hver med et dusin hydrofoner tilsluttet. Projektet blev afbrudt efter krigen.
Den amerikanske flåde genoptog udviklingen af towed array-teknologi i løbet af 1960'erne som reaktion på Sovjetunionens udvikling af atomdrevne ubåde.
Nuværende brug af bugserede arrays
På overfladeskibe lagres bugserede arraykabler normalt i tromler, hvorefter de spooles ud bag skibet, når de er i brug. US Navy ubåde lagrer typisk bugserede arrays inde i et påhængsmotorrør, monteret langs fartøjets skrog, med en åbning på styrbordhale. Der er også udstyr placeret i en ballasttank (frit oversvømmelsesområde), mens kabinettet, der bruges til at betjene systemet, er inde i ubåden.
Hydrofoner i et trukket array -system er placeret på bestemte afstande langs kablet, endeelementerne langt nok fra hinanden til at opnå en grundlæggende evne til at triangulere på en lydkilde. På samme måde vinkles forskellige elementer op eller ned, hvilket giver mulighed for at triangulere en estimeret lodret måldybde. Alternativt bruges tre eller flere arrays til at hjælpe med dybderegistrering.
På de første få hundrede meter fra skibets propel er der normalt ingen hydrofoner, fordi deres effektivitet ville blive reduceret af støj ( kavitation og skrogstrømningslyde), vibrationer og turbulens genereret af fremdriften-hvilket ville gentage de samme problemer med skibsmonteret arrays. Overvågning trukket matrissensorsystemer, der bruges af overfladeskibe, har et sonararray monteret på et kabel, som trækker et dybdejusterbart fjernbetjent køretøj (ROV). Et andet vægtet kabel kan spore fra ROV -stikket og slippe det bugserede array til en lavere dybde. Lange seismiske streamere har mellemliggende paravaner langs deres længde, som kan bruges til at justere dybden af arrayet i realtid.
Ændring af en ROV's dybde gør det muligt at implementere et trukket array i forskellige termiske lag , hvilket giver et overflade-anti-ubådskrig (ASW) fartøj et udsyn over og under laget. Dette kompenserer for tæthed og temperaturforskelle, som leder lyd over eller under et termisk lag ved refleksion. Ved at tabe arrayets 'hale' under laget kan en ASW -platform på overfladen bedre opdage en stille, nedsænket kontakt, der gemmer sig i koldt vand under et varmt øvre lag. En ubåd kan ligeledes overvåge overfladekæmpere ved at svæve halen af sit array over et termisk lag, mens han lurer nedenunder.
Matrixens hydrofoner kan bruges til at detektere lydkilder, men arrayets reelle værdi er, at signalbehandlingsteknikken ved stråleformning og Fourier -analyse ikke kun kan bruges til at beregne afstanden og retningen af en lydkilde, men også til at identificere skibstypen ved den karakteristiske, akustiske signatur af dens maskinlyde. Til dette skal hydrofonernes relative positioner være kendt, normalt kun mulig, når kablet er i en lige linje (stabilt), eller når et selvføler-system (se spændingsmålere ) eller GPS eller andre metoder indlejret i kablet , og rapportering af hydrofonelementers relative position, bruges til at overvåge arrayets form og korrigere for krumning.
Anvendelse i geofysik
Anhængertræksystemer bruges også af olie- og gasindustrien til seismisk efterforskning af geologiske formationer under havbunden. De anvendte systemer ligner i konceptet de marine, men er typisk længere og med flere streamers i et givet array (6 eller flere i nogle tilfælde). Typisk afstand mellem hydrofoner langs hver streamer er i størrelsesordenen to meter, og hver streamer kan være op til 10 km lang. Nogle gange flyves streamers i forskellige højder for at give et såkaldt 3D-array.
Begrænsninger
Effektiv brug af det bugserede array -system kræver, at et fartøj opretholder en lige, jævn kurs over et datasamplingsinterval. Manøvrering eller ændring af kurs forstyrrer arrayet og komplicerer analyse af datastrømmen. Disse perioder med ustabilitet testes nøje under havprøver og er kendt af besætningens officerer og hvervede sonareksperter. Moderne systemer kompenserer ved konstant selv at måle de relative positioner i arrayet, element til element, rapportere tilbage data, der automatisk kan korrigeres for krumninger af computere som en del af den strålende formende matematikbehandling.
Et skib skal også begrænse sin samlede topfart, mens et bugseret array indsættes. Hydrodynamisk træk stiger som en firkantet hastighedsfunktion og kan rive kablet eller beskadige dets fortøjningshardware. Endvidere kan det være nødvendigt at fastsætte en minimumshastighed afhængigt af det bugserede arrays opdrift (militære arrays ballastes til at synke, geofysiske arrays formodes at være neutralt flydende ved ca. 10 m). Arrayen kan også blive beskadiget ved kontakt med havbunden, eller hvis fartøjet driver en fremadgående fremdrift eller endda kan blive beskadiget, hvis den bøjer for stramt.